多級AO+MBR工藝在污水處理廠高排放標準提標改造中的應用

摘要：為研究污水處理廠在高排放標準下的提標改造技術，以山東省某污水處理廠為例，采用多級厭氧好氧（Anaerobic Oxic，AO）與膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor，MBR）工藝進行提標改造。從工藝設計、核心單元改造、運行效果等方面進行了詳細分析。結果表明，改造后出水化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮、總氮和總磷均達到排放標準，去除率分別超過92%、97%、80%和94%，并實現了高效、穩定的污水處理效果。研究表明，多級AO+MBR工藝在土地資源有限的情況下能夠有效提升污水處理廠的處理能力和出水水質，為類似工程提供了可行性參考。

關鍵詞：污水處理廠；高排放標準；提標改造

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）03-0-03

Application of Multi-Stage AO+MBR Process in Upgrading High Emission Standards of Sewage Treatment Plants

GONG Xiaomei1， CHEN Wenping2， ZHAO Xuefeng2

（1. Shandong Yunmeng Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Jinan 250100， China;

2. Shandong Pacific Environmental Protection Co.， Ltd.， Jinan 250000， China）

Abstract： To study the upgrading technology of sewage treatment plants under high discharge standards， a sewage treatment plant in Shandong Province was taken as an example， and multi-stage Anaerobic Oxic （AO） and Membrane Bio-Reactor （MBR） processes were used for upgrading. Detailed analysis was conducted from the aspects of process design， core unit transformation， and operational effectiveness. The results showed that after the transformation， the effluent Chemical Oxygen Demand （COD）， ammonia nitrogen， total nitrogen， and total phosphorus all met the discharge standards， with removal rates exceeding 92%， 97%， 80%， and 94%， respectively， and achieved efficient and stable sewage treatment effects. Research has shown that the multi-stage AO+MBR process can effectively improve the treatment capacity and effluent quality of sewage treatment plants in situations where land resources are limited， providing feasible references for similar projects.

Keywords： sewage treatment plant; high emission standards; upgrading and renovation

隨著工業化和城市化進程的加快，城市污水和工業廢水的排放量逐年增加，對水環境造成了嚴重威脅。污水處理廠在凈化污水、保護水環境方面發揮著重要作用。然而，傳統處理工藝在面對日益復雜的水質和日趨嚴格的排放標準時，處理效果已難以滿足要求。因此，如何高效提升污水處理廠的出水水質，已成為國內外研究的熱點問題。段凱波[1]研究表明，多級厭氧好氧（Anaerobic Oxic，AO）工藝通過精確配置厭氧、缺氧和好氧區，能夠有效實現同步脫氮除磷。楊磊等[2]對膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor，MBR）工藝的研究表明，該工藝通過高效的固液分離功能，顯著提高了有機物的降解效率和出水水質的穩定性。杜平等[3]通過將多級AO與MBR結合，初步探討了該組合工藝在高氮磷廢水處理中的應用潛力。盡管上述研究為多級AO和MBR工藝的應用提供了理論支持，但針對該工藝在污水處理廠提標改造中的應用研究較少，尤其是在用地受限的情況下如何優化工藝流程、提升處理效果的問題尚未得到系統探討。本研究以山東省某污水處理廠為例，設計并實施多級AO與MBR相結合的提標改造方案，重點分析其在復雜水質條件下的應用效果及技術經濟可行性，以期為我國污水處理廠的高標準提標改造提供技術參考。

1 工程概況及改造思路

1.1 工程概況

本工程位于山東省某高新技術產業開發區，針對一座建于2014年的污水處理廠進行提標改造。該廠原設計處理規模為2.0萬m3/d，服務范圍涵蓋城市生活污水和工業廢水，其中工業廢水約占45%。隨著區域工業化進程的加快，進水水質復雜多變，工業廢水主要來源于食品加工、造紙、機械制造以及制藥等行業，含有難降解有機物和高濃度的氮磷污染物。根據山東省最新實施的《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002），自2021年1月1日起，位于重點控制區的城鎮污水處理廠需要執行更加嚴格的污染物排放限值，特別是對化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮、總磷和總氮等指標提出了更高的要求。原有工藝無法滿足新標準，需在現有設施基礎上進行提標改造，充分挖掘潛力，避免大規模土建工程。同時，確保改造后出水水質穩定達標，并具備一定運行彈性，以適應水質水量波動[4]。

1.2 提標改造思路

改造思路是在不新增用地的前提下，采用多級AO與MBR相結合的工藝，實現高效有機物降解與深度脫氮除磷。具體措施包括將原有循環活性污泥（Cyclic Activated Sludge，CASS）生物池改造為多級AO生物池，增設厭氧、缺氧和好氧段，以強化生物除磷和反硝化脫氮；引入MBR工藝，通過膜分離技術替代二沉池，提高出水水質，并利用膜組件高效截留活性污泥，顯著提高反應效率。同時，結合臭氧氧化等高級氧化工藝降解有機物，優化預處理環節，以保護膜組件。新建MBR膜池，確保改造后的污水處理廠能夠穩定達標排放，滿足新標準要求[5]。

2 提標改造中多級AO+MBR工藝的應用

2.1 預處理單元設計

預處理單元是污水處理過程中的重要環節，主要用于去除原污水中的大型懸浮物、漂浮物和砂粒等，保護后續處理設施正常運行。本工程的預處理單元設計處理規模為2.0萬m3/d，主要包括粗格柵、提升泵房、細格柵和旋流沉砂池等設施。

粗格柵用于截留較大的雜物，采用柵隙寬度為20 mm的機械格柵，柵渠寬度為1.5 m，柵前水深為2.0 m。提升泵房配備4臺潛水泵（3用1備），單泵設計流量為700 m3/h，揚程為8 m，能夠滿足提升要求。細格柵用于進一步截留細小懸浮物，采用柵隙寬度為5 mm的機械格柵，柵渠寬度為1.5 m，柵前水深為2.0 m。旋流沉砂池設置2座并聯運行，單座直徑為6.0 m，有效水深為3.0 m，設計流速為0.3 m/s，可高效去除粒徑大于0.2 mm的砂粒，保護后續設備不受磨損。

2.2 膜格柵間設計

膜格柵間是保障MBR系統安全運行的關鍵單元，主要用于去除污水中的毛發、纖維和微小顆粒，防止膜組件堵塞。本工程在旋流沉砂池之后新建膜格柵間，設計處理規模為2.0萬m3/d。

膜格柵間設有2條格柵渠，安裝2臺內進流式超細格柵，格柵渠寬度為1.3 m，渠深為2.5 m。超細格柵的網板孔徑為1 mm，能夠有效截留細小雜質。格柵前后水位差設計為0.4 m，格柵配備高壓水沖洗系統和螺旋壓榨脫水裝置，柵渣含水率可降至60%以下，方便后續處理。膜格柵間采用全封閉設計，配備通風除臭系統，減少臭氣外逸影響。

2.3 多級AO生物池設計

多級AO生物池是本次提標改造的核心處理單元，通過生物脫氮除磷去除污水中的有機物和營養物質。原有的4組CASS池改造為2組多級AO生物池，每組處理規模為1.0萬m3/d。

改造后的生物池分為厭氧區、一級缺氧區、好氧區和二級缺氧區，污水依次流經各功能區，實現同步脫氮除磷。厭氧區容積為800 m3，水力停留時間（Hydraulic Retention Time，HRT）為2.0 h；一級缺氧區容積為2 700 m3，HRT為6.5 h；好氧區容積為5 800 m3，HRT為14.0 h；二級缺氧區容積為700 m3，HRT為1.7 h，總HRT為24.2 h，能夠滿足高效生物反應要求。

生物池設有兩級內回流系統：好氧區末端硝化液以300%回流比回流至一級缺氧區，促進反硝化；一級缺氧區末端混合液以100%回流比回流至厭氧區，增強生物除磷效果。各功能區配備潛水攪拌器和曝氣系統，其中厭氧區和缺氧區安裝潛水攪拌器共9臺，功率為2.5～5.5 kW；好氧區安裝微孔曝氣器，供氣量可調，氧利用率高。

2.4 MBR膜池設計

MBR膜池是實現泥水高效分離的重要單元，本工程在拆除原斜板沉淀池的基礎上新建MBR膜池及配套設備間，設計處理規模為2萬m3/d。膜池采用4個并聯廊道，每個廊道尺寸為20.0 m×3.6 m×5.0 m，有效水深為3.5 m。

膜組件選用中空纖維超濾膜，膜材料為聚偏二氟乙烯，孔徑為0.04 μm，具有良好的化學和機械穩定性。單個膜組件面積為1 920 m2，總膜面積為76 800 m2。

運行通量設計為12 L/（m2·h），產水水質優良。

MBR系統配備產水泵、反洗泵、膜擦洗風機等設備。產水泵有5臺（4用1備），單泵流量為300 m3/h，揚程為10 m；反洗泵有2臺（1用1備），單泵流量為375 m3/h，揚程為12 m；膜擦洗風機有2臺（1用1備），風量為140 m3/min，風壓為40 kPa。膜池設有污泥回流系統，回流比為400%，可保證生物池的高污泥濃度。MBR系統采用集中控制，具備自動化程度高、運行穩定的特點。

2.5 臭氧氧化池設計

臭氧氧化池用于進一步去除MBR出水中的難降解有機物，提高出水水質，滿足更高的排放標準。該單元設計處理規模為2萬m3/d，位于現有廠區南側的空地上。

臭氧氧化池采用三格串聯形式，總容積為530 m3，HRT為38 min。臭氧投加量設計為12 mg/L，采用2臺氧氣源臭氧發生器（1用1備），單臺產量為10 kg/h。

臭氧通過鈦合金曝氣器均勻分布在池內，保證氧化反應的充分性。池頂設置尾氣破壞系統，采用活性炭吸附和催化分解技術處理尾氣中的殘余臭氧，防止環境污染。

3 提標改造中多級AO+MBR工藝的應用效果

通過應用多級AO+MBR工藝，污水處理廠取得顯著的效果。以下為改造后的實際處理數據及應用效果。

3.1 COD的去除效果

進水COD濃度為250～650 mg/L，平均值約為400 mg/L。經過多級AO+MBR工藝處理，出水COD穩定維持在30 mg/L以下，去除率達92%以上。這得益于多級AO系統中高效的生物降解過程以及MBR膜池的高效固液分離功能，難降解有機物去除效果顯著。

3.2 氨氮的去除效果

進水氨氮濃度為25～55 mg/L，平均值為40 mg/L。

通過多級AO生物池的硝化-反硝化作用及MBR工藝的協同處理，出水氨氮濃度保持在1 mg/L以下，去除率超過97%。硝化反應的優化設計和高污泥濃度為高效脫氮提供了保障。

3.3 總氮的去除效果

進水總氮濃度為35～65 mg/L，平均值約為50 mg/L。通過厭氧-缺氧-好氧的多級反硝化脫氮途徑，出水總氮濃度穩定控制在10～15 mg/L，去除率達到80%以上。此外，系統中兩級內回流（硝化液回流比為300%，混合液回流比為100%）有效提升了反硝化效率。進水總磷濃度為3.5～6.0 mg/L，平均值為4.8 mg/L。通過厭氧區的釋磷和缺氧區、好氧區的吸磷作用，結合MBR的高效分離，出水總磷濃度穩定在0.3 mg/L以下，去除率高達94%。這種高效除磷效果得益于優化的生物除磷工藝和MBR的截留特性。

4 結論

通過應用多級AO+MBR工藝，污水處理廠的各項出水指標均滿足新標準要求，去除率顯著提高。其中，COD去除率達92%以上，氨氮和總磷的去除率分別超過97%和94%，總氮去除率在80%以上。該工藝不僅能夠適應水質水量波動，還有效解決了土地資源受限、施工周期緊張等問題，具有顯著的技術優勢和經濟效益。

參考文獻

1 段凱波.改良型多級AO脫氮工藝在提標改造中的應用[J].凈水技術，2023（5）：77-83.

2 楊 磊，趙 健，郭 瑜，等.MBR在更嚴格排放標準污水處理廠不停產提標擴能改造中的應用[J].凈水技術，2023（10）：166-172.

3 杜 平，徐百龍，胡佳瑤.浙江省某污水處理廠MBR工藝提標改造及運行效果分析[J].凈水技術，2023（增刊1）：258-263

4 王文娜，諸大宇.改良多級AO-MBR工藝在高標準排放生活污水中的應用[J].環境科技，2024（4）：34-38.

5 鮑任兵，徐 健，陳 鵬，等.優化污泥回流方式對多級AO-MBR工藝的影響[J].凈水技術，2024（3）：92-98.